電聲轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的電聲轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]由DE 10 2009 040 264 A1已知一種用于產(chǎn)生用于車輛的超聲波的設(shè)備，其中用于產(chǎn)生厚度振動(dòng)的微長形的超聲轉(zhuǎn)換器耦合到車輛的平面的構(gòu)件上、尤其保險(xiǎn)杠上。在此，所述超聲轉(zhuǎn)換器包括一組壓電片以及接通層和絕緣層，其中壓電片的長度與空氣中的所期望的超聲波頻率協(xié)調(diào)。所述壓電片由壓電陶瓷纖維復(fù)合材料構(gòu)造，所述壓電陶瓷纖維復(fù)合材料包括平行于相應(yīng)的壓電片的中軸線延伸的或者平行于縱向軸線延伸的纖維。所述壓電片的裝置還布置在支撐設(shè)備中。所述裝置又安裝在保險(xiǎn)杠上。
[0003]在DE 10 2005 037 724 A1中描述了一種具有布置在兩個(gè)電極之間的壓電轉(zhuǎn)換器體的超聲轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器體具有至少兩個(gè)由壓電半導(dǎo)體材料組成的體積區(qū)域，所述至少兩個(gè)體積區(qū)域通過高度h’的邊界層彼此分離。示出具有桿狀的轉(zhuǎn)換器區(qū)段的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，在所述網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)中所述區(qū)域中的一個(gè)桿狀地構(gòu)型。借助所述構(gòu)型，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)具有短的衰減時(shí)間和可偏轉(zhuǎn)的射束的超聲轉(zhuǎn)換器。
[0004]由DE 10 2008 018 110 A1得知一種超聲傳感器，其具有壓電陶瓷元件，所述壓電陶瓷元件用于將保險(xiǎn)杠激勵(lì)成振動(dòng)并且設(shè)置在壓電陶瓷模塊內(nèi)部。在此，所述模塊能夠從外部不可見地集成在保險(xiǎn)杠中。附加地，構(gòu)造圍繞壓電陶瓷模塊的加肋(Verrippung)，以便在所述區(qū)域中可以改變保險(xiǎn)杠的剛性并且可以調(diào)節(jié)保險(xiǎn)杠區(qū)域之間的機(jī)械阻抗跳變。
[0005]W0 2011/090484 A1描述了一種以厚度振動(dòng)器形式的超聲轉(zhuǎn)換器。從具有電極的片狀的壓電陶瓷出發(fā)設(shè)置至少一個(gè)前部體，所述至少一個(gè)前部體具有一形狀，從而產(chǎn)生所期望的輻射特性。傳輸路徑的長度相應(yīng)于諧振頻率fR的情況下的λ/4，以便實(shí)現(xiàn)振動(dòng)從壓電陶瓷片出發(fā)到所輻射的表面上的加強(qiáng)。此外描述了，對(duì)于某些應(yīng)用優(yōu)選使用在溫度穩(wěn)定性、易被污染性和沉積性方面更穩(wěn)健的λ/2振動(dòng)器。在圖8中示出所述λ/2振動(dòng)器1。所述振動(dòng)器具有前部體40和后部體60，其中相應(yīng)的前部體和后部體的長度加上壓電陶瓷片50的厚度的一半相應(yīng)于諧振的波長λ的四分之一。所述轉(zhuǎn)換器中的優(yōu)點(diǎn)在于，其可以用作用于檢測車輛或者機(jī)器人的周圍環(huán)境的傳感器并且在此可以從外部不可見地集成在車輛的車身部件、例如保險(xiǎn)杠中或者機(jī)器人的擋板部件中。
[0006]由現(xiàn)有技術(shù)已知的λ/2厚度振動(dòng)器1，如其在圖8中所示出的那樣，具有其非常長的不利。如果長度減半以借助λ/4厚度振動(dòng)器來發(fā)射或者接受，則壓電陶瓷片的與前部體相對(duì)置的面必須與傳感器殼體或者保持結(jié)構(gòu)連接。如果所述壓電陶瓷為此平面地粘合在底基(Untergrund)上或者此外平面地固定，則這阻礙壓電陶瓷片的橫向收縮，由此降低變換器的靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種電聲轉(zhuǎn)換器，其在長度、即結(jié)構(gòu)大小方面具有λ/4厚度振動(dòng)器的有利特性，然而其靈敏度相應(yīng)于或者至少接近λ/2厚度振動(dòng)器的靈敏度。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)當(dāng)防止壓電元件的橫向收縮的阻礙。
[0008]所述任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的電聲轉(zhuǎn)換器來解決。
[0009]設(shè)置一種電聲轉(zhuǎn)換器，其包括殼體、振動(dòng)結(jié)構(gòu)和聲學(xué)傳輸器(也稱作前部體)，所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)優(yōu)選片狀的壓電元件，所述壓電元件具有第一和第二表面。為了控制壓電元件設(shè)置電連接模塊，所述電連接模塊與壓電元件的電極連接。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器根據(jù)已知的原理運(yùn)行。當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器運(yùn)行為發(fā)射器時(shí)，將所述壓電元件激勵(lì)成振動(dòng)，所述振動(dòng)傳輸?shù)角安矿w上并且作為聲波輻射。如果所述轉(zhuǎn)換器作為接收器運(yùn)行，則到達(dá)的聲波通過壓電元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。所述前部體將聲波接收器的面與壓電元件連接并且因此起聲學(xué)傳輸器的作用。通過構(gòu)件連接的諧振的設(shè)計(jì)增強(qiáng)所產(chǎn)生的振動(dòng)。
[0010]所述聲學(xué)傳輸器具有第一表面和與所述第一表面平行的第二表面。所述聲學(xué)傳輸器優(yōu)選桿狀地構(gòu)造并且例如可以具有圓柱形的或者矩形的形狀。聲學(xué)傳輸器的第一表面與壓電元件的第一表面連接。聲學(xué)傳輸器的與第一表面相對(duì)置的第二表面適于輻射和/或接收聲波。聲學(xué)傳輸器的第二表面和壓電元件的第二表面之間的間距基本上相應(yīng)于振動(dòng)結(jié)構(gòu)的諧振的波長λ的1/4。因此，所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)是所謂的λ/4厚度振動(dòng)器，如其由現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣。所述振動(dòng)主要在垂直于壓電元件的表面的方向上實(shí)現(xiàn)(厚度振動(dòng))。因此，在接收聲學(xué)振動(dòng)時(shí)，引起壓電元件的縱向延展和橫向延展的力施加到壓電元件上。所述橫向延展的阻礙會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器的靈敏度的降低。
[0011]因此根據(jù)本發(fā)明設(shè)置，所述壓電元件例如通過其第二表面借助支承結(jié)構(gòu)與殼體連接，其中所述支承結(jié)構(gòu)構(gòu)造用于能夠?qū)崿F(xiàn)壓電元件的橫向延展。換言之，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)結(jié)構(gòu)在殼體中的可靠的機(jī)械固定，而不通過固定損害壓電元件的橫向延展或者橫向收縮。
[0012]對(duì)此，所述支承結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括多個(gè)、尤其桿狀的支撐元件，所述支撐元件在壓電元件的第二表面和殼體、例如殼體的內(nèi)表面之間延伸。所述支撐元件例如可以具有陶瓷材料或者金屬。優(yōu)選地，材料具有高的剛性(即高的彈性模量)、例如氧化鋁陶瓷或者鋼，以便能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)器的剛性支撐。然而也可能的是，使用具有較低剛性的材料(鋁或者黃銅)，只要在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的度量時(shí)適當(dāng)?shù)貙?duì)其進(jìn)行考慮。所述支撐元件防止振動(dòng)結(jié)構(gòu)在厚度方向上的移位并且通過其在橫向方向上的低的剛性能夠?qū)崿F(xiàn)壓電元件的橫向延展。這優(yōu)選通過以下實(shí)現(xiàn):其中以桿形狀構(gòu)造支撐元件，即相比之下具有大的縱向尺寸并且在橫向方向上具有小的尺寸。在橫向方向上的尺寸例如可以取壓電元件的橫向尺寸的約1/4至1/200。通過所述尺寸實(shí)現(xiàn)在橫向方向上支撐元件的低的剛性。所述支撐元件以小的反作用力跟隨壓電元件的橫向運(yùn)動(dòng)。因此，通過桿形狀以有利的方式實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的以下效果:盡可能少地阻礙壓電元件的橫向延展。
[0013]所述桿狀的支撐元件優(yōu)選彼此平行地布置在其縱向延伸中并且分別具有基本上小于壓電元件的表面的橫截面。優(yōu)選地，支撐元件基本上彼此相同地構(gòu)造。然而，也可以設(shè)置彼此不相同地構(gòu)造的支撐元件，其方式是，例如至少兩個(gè)支撐元件的形狀和/或橫截面和/或材料不同地構(gòu)造。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施是特別優(yōu)選的，在所述實(shí)施中支撐元件借助特別柔性的或者彈性的填充材料加套或者嵌入到這種填充材料中。所述材料例如可以包括聚合物或者泡沫、例如雙組分娃酮泡沫Fermasil (Sonderhoff公司)或者環(huán)氧樹脂材料。通過借助這種填充材料的加套，在制造技術(shù)上更簡單地實(shí)現(xiàn)支撐元件的規(guī)則的布置。
[0015]本發(fā)明的一種構(gòu)造是優(yōu)選的，在所述構(gòu)造中支撐元件與壓電元件單件式地構(gòu)造。在制造壓電元件時(shí)例如可以已經(jīng)構(gòu)造所述支撐元件。因此，在安裝根據(jù)本發(fā)明的電聲轉(zhuǎn)換器時(shí)節(jié)省了固定步驟并且總體上簡化了結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，支撐元件借助可導(dǎo)電的粘合材料與殼體連接。這能夠?qū)崿F(xiàn)壓電元件的直接接通。
[0016]在本發(fā)明的一種替代的實(shí)施中構(gòu)造支承結(jié)構(gòu)，其方式是，支撐元件布置在基元件上或者與基元件單件式地構(gòu)造。因?yàn)榛潭ㄔ陔娐曓D(zhuǎn)換器的殼體上，例如通過粘合。通過所述實(shí)施也簡化電聲轉(zhuǎn)換器的安裝。
[0017]在本發(fā)明的另一替代的實(shí)施中設(shè)置，支撐元件自身具有壓電材料、尤其壓電陶瓷材料。設(shè)置由平行定向的這種支撐元件構(gòu)成的裝置，其中由壓電活躍的支撐元件構(gòu)成的所述裝置構(gòu)造電聲轉(zhuǎn)換器的根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的壓電元件。每一個(gè)單個(gè)的支撐元件作為單獨(dú)的壓電元件起作用，其中支撐元件中的每一個(gè)優(yōu)選桿狀地構(gòu)造并且所述支撐元件具有彼此平行的端面。為了構(gòu)造所述壓電元件，可以將各個(gè)支撐元件嵌入到柔性的材料中、例如泡沫或者聚合物中。每一個(gè)支撐元件的第一端面分別與聲學(xué)傳輸器的第一表面連接。每一個(gè)支撐元件的相應(yīng)的第二端面與殼體連接。所述實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要獨(dú)立的支承結(jié)構(gòu)。因此，進(jìn)一步減少電聲轉(zhuǎn)換器的構(gòu)件的數(shù)量并且減小結(jié)構(gòu)大小。為了電接通壓電元件，可以將電連接模塊與支撐元件的端面接通或者替代地與支撐元件的相對(duì)置的側(cè)面接通。壓電元件的類似的結(jié)構(gòu)由所謂的復(fù)合壓電陶瓷已知，其中然而與本發(fā)明相比在已知的